У каждого гена в нашем геноме есть свой циркадный цикл. Однако они не запускают эти циклы одновременно, а некоторые делают это только в одном органе. Иначе говоря, в нашем геноме хранится скрытый временнóй код для каждого вида ткани. Например, мы знаем, что каждая клетка нашего организма содержит полный набор генов. Однако в ходе того же исследования, начатого в 2002 году2, мы обнаружили, что в разное время суток может включаться или выключаться не более 20 процентов всех генов: как уже говорилось, наш организм не в состоянии осуществлять все свои биологические функции одновременно. Еще интереснее тот факт, что 20 процентов генов, которые на определенное время отключаются в мозге, не являются теми же генами, которые отключаются на определенное время в печени, сердце или мышцах. Детальная информация о функциях и времени работы генов позволила нам ясно понять, как циркадные ритмы оптимизируют функционирование клеток.
А теперь давайте посмотрим, какие виды клеточной активности осуществляются циклично:
● Сигнальные пути нутриентов (пути передачи сигналов голода и насыщения). Так же как все наше тело ощущает голод при снижении уровня доступной и готовой к использованию энергии, испытывает сытость после приема пищи или не чувствует голода ночью, каждая клетка каждого органа располагает механизмом, который вызывает у нее голод и позволяет получать питательные вещества в течение дня. После того как клетка получит достаточно энергии, мозг перекрывает доступ к питательным веществам, чтобы клетка «не объелась».
● Энергетический метаболизм, который влияет на функционирование клетки и метаболизм всех ключевых нутриентов. Использование и хранение углеводов, жиров и белков не является непрерывным. Когда сахар абсорбируется из крови и преобразуется в жир или гликоген для будущего использования, функция расщепления жира в организме останавливается и возобновляется лишь после того, как будет израсходован весь сахар.
● Техническое обслуживание клеток. После всех химических реакций, особенно тех, в ходе которых клетки производят энергию, остаются отходы, известные как частицы активного кислорода. Их можно сравнить с пятнами жира на кухонной плите или с жирным дымом, который исходит от раскаленной сковородки. Чтобы справиться с этой грязью, мы включаем вытяжку или надеваем фартук. У клеток тоже есть включающиеся в определенное время механизмы уборки мусора. В их число входит процесс детоксикации.
● Ремонт и деление клеток. Каждый день наше тело ремонтируется и омолаживается. Точно так же, как у нас дома со временем начинают выходить из строя трубы, в нашем организме есть сотни километров кровеносных сосудов, которые нужно проверять на предмет протекания и ремонтировать. Кроме того, в ежедневном уходе и ремонте нуждаются слизистая оболочка пищеварительного тракта и кожа, чтобы они не пропускали внутрь тела бактерии, химикаты и токсины. Внутри каждого органа умирают и требуют замены многие клетки. В регулярной замене нуждаются также клетки крови. Эти работы по производству новых клеток осуществляются в определенное время суток, обычно ночью, когда мы спим.
● Межклеточная коммуникация. Нашим органам необходимо общаться друг с другом, и это общение проводится в определенном ритме. Например, когда мы наедаемся до отвала, в жировой ткани вырабатывается гормон лептин, который подает в мозг сигналы о том, что пора прекратить есть. Таким же образом, когда мы едим, гормоны пищеварительного тракта сообщают поджелудочной железе, что ей нужно вырабатывать инсулин, помогающий печени и мышцам абсорбировать глюкозу из пищи. В определенные периоды суток интенсивность этой коммуникации усиливается, а в остальное время слабеет.
● Секреторная функция клеток. Каждая клетка производит что-то ценное для своего соседа или для всего тела. Соответственно, каждый орган производит что-то попадающее в кровоток или доставляющееся его соседу. Эти процессы носят циркадный характер. Например, печень производит некоторые виды молекул, необходимых для образования кровяных сгустков. Факторы свертывания крови подчиняются циркадным часам, что может оказаться полезным при выборе оптимального времени для хирургической операции, когда нужно обеспечить быстрое заживление тканей. Слизистые оболочки носа, ЖКТ и легких секретируют смазывающие вещества – эти процессы тоже являются циркадными.